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1.Linux内核源码分析：Linux内核版本号和源码目录结构
2.linux内核源码：文件系统——可执行文件的内x内加载和执行
3.Linux内核源码分析：Linux进程描述符task_ struct结构体详解
4.linux文件操作内核源码解密
5.Linux内核源码解析---万字解析从设计模式推演per-cpu实现原理
6.剖析Linux内核源码解读之《实现fork研究(二)》

Linux内核源码分析：Linux内核版本号和源码目录结构

       Linux内核版本和源码目录结构对于理解其内部设计至关重要。内核分为稳定版和开发版，核源核源版本号由主版本、码结次版本和修订版本组成，构中次版本号用于区分两者。代码内核代码分散在庞大的部分es聚合源码源码中，组织在个C文件和若干个特定目录下。分析

       Linux源码的内x内根目录下，首先是核源核源arch目录，负责屏蔽不同体系结构间的码结差异，如虚拟地址翻译函数switch_mm。构中block目录存放通用的代码块设备驱动程序，如硬盘和U盘的部分读写操作。驱动程序通常在drivers目录，分析但块设备驱动被独立出来，内x内因为它们的读写逻辑通用。certs目录用于存储认证和签名相关的代码，保障系统安全。

       内核模块是Linux 2.2版本后引入的概念，以.so文件形式独立，根据需要动态加载，带来灵活性但也增加了安全风险。crypto目录包含加密和压缩算法，保障数据安全。Documentation目录提供内核模块的文档和规范，drivers目录存放硬件驱动，fs目录处理文件系统，init目录负责内核初始化，ipc目录负责进程间通信，kernel目录包含核心功能代码，lib目录是内核的库函数集，mm目录负责内存管理，net目录处理网络协议，samples目录包含示例代码，scripts目录是编译和调试工具，security目录负责安全机制，sound目录负责音频处理，tools目录包含开发工具，usr目录是用户打包，virt目录关注虚拟化，LICENSE目录则记录了许可证信息。

       除了目录，源码中还有COPYING（版权声明）、CREDIT（贡献者名单）、Kbuild（构建配置）、后门扫描源码MAINTAINERS（维护者信息）、Makefile（编译指令）和README（基本信息）等文件，它们分别提供了内核使用、贡献者认可、构建指导和基本介绍。这些组织结构使得Linux内核源码易于理解和维护。

linux内核源码：文件系统——可执行文件的加载和执行

       本文深入探讨Linux内核源码中文件系统中可执行文件的加载与执行机制。与Windows中的PE格式和exe文件不同，Linux采用的是ELF格式。尽管这两种操作系统都允许用户通过双击文件来执行程序，但Linux的实现方式和底层操作有所不同。

       在Linux系统中，双击可执行文件能够启动程序，这背后涉及一系列复杂的底层工作。首先，我们简要了解进程间的数据访问方式。在用户态运行时，ds和fs寄存器指向用户程序的数据段。然而，当代码处于内核态时，ds指向内核数据段，而fs仍然指向用户态数据段。为了确保正确访问不同态下的数据，需要频繁地调整fs寄存器的值。

       当用户输入参数时，这些信息需要被存储在进程的内存空间中。Linux为此提供了KB的个页面内存空间，用于存放用户参数和环境变量。通过一系列复制操作，参数被安全地存放到了进程的内存中。尽管代码实现可能显得较为复杂，但其核心功能与传统复制函数（如memcpy）相似。

       为了理解参数和环境变量的处理，我们深入探讨了如何通过不同fs值来访问内存中的变量。argv是一个指向参数的指针，argv*和argv**指向不同的地址，它们可能位于内核态或用户态。在访问这些变量时，需要频繁地切换fs值，以确保正确读取内存中的数据。通过调用set_fs函数来改变fs值，并在读取完毕后恢复，实现不同态下的数据访问。

       在Linux的开源团购网源码加载过程中，参数和环境变量的处理涉及到特定的算法和逻辑，以确保正确解析和执行程序。例如，通过检查每个参数是否为空以及参数之间的空格分隔，来计算参数的数量。同时，文件的头部信息对于识别文件类型至关重要。早期版本的Linux文件头部信息相当简单，仅包含几个字段。这些头部信息为操作系统提供了识别文件类型的基础。

       为了实现高效文件执行，Linux使用了一系列的内存布局和管理技术。在执行文件时，操作系统负责将参数列表、环境变量、栈、数据段和代码段等组件放入进程的内存空间。这种布局确保了程序能够按照预期运行。

       最后，文章提到了一些高级技术，如线程切换、内存管理和文件系统操作，这些都是Linux内核源码中关键的部分。尽管这些技术在日常编程中可能不常被直接使用，但它们对于理解Linux的底层工作原理至关重要。通过深入研究Linux内核源码，开发者能够更全面地掌握操作系统的工作机制，从而在实际项目中提供更高效、更安全的解决方案。

Linux内核源码分析：Linux进程描述符task_ struct结构体详解

       Linux内核通过一个task_struct结构体来管理进程，这个结构体包含了一个进程所需的所有信息。它定义在include/linux/sched.h文件中，包含许多字段，其中state字段表示进程的当前状态。常见的状态包括运行、阻塞、等待信号、终止等。进程状态的切换和原因可通过内核函数进行操作。PID是系统用来唯一标识正在运行的每个进程的数字标识，tgid成员表示线程组中所有线程共享的PID。进程内核栈用于保存进程在内核态执行时的临时数据和上下文信息，通常为几千字节。内核将thread_info结构与内核态线程堆栈结合在一起，度盘 源码占据连续的两个页框，以便于访问线程描述符和栈。获取当前运行进程的thread_info可通过esp栈指针实现。thread_info结构包含task字段，指向进程控制块（task_struct）。task_struct结构体的flags字段用于记录进程标记或状态信息，如创建、超级用户、核心转储、信号处理、退出等。而real_parent和parent成员表示进程的亲属关系，用于查找和处理进程树中的亲属关系。

linux文件操作内核源码解密

       在Linux编程中，文件操作是基础且重要的部分。开发者们常会遇到忘记关闭文件、子进程对父进程文件操作、以及socket连接问题等疑问。其实，一切在Linux内核看来，都归结为文件操作。让我们一起探索内核如何处理这些文件操作，理解背后的结构和机制。

       首先，文件在内核中有三个关键结构体：struct files_struct（打开文件信息表）、struct fdtable（文件描述符表）和struct file（打开文件对象）。这三个结构体共同构成了应用程序与内核交互的桥梁。当进程打开文件时，内核会通过这三个结构体进行管理。

       当一个进程打开多个文件时，struct files_struct存储了所有打开的文件信息，而文件描述符fd通过它指向struct file。单进程使用dup或fork子进程时，文件对象会被共享，多个描述符指向同一对象，这时的读写状态是共享的，但关闭一个描述符不会影响其他。

       对于多线程环境，线程之间的文件操作更为微妙。线程通过CLONE_FILES标志共享父进程的文件信息，这可能导致线程间操作的同步问题。在关闭文件时，如果引用计数大于1，不会立即释放，源码存哪里直到所有引用消失。

       当我们调用open时，do_sys_open系统调用负责获取描述符、创建对象并连接两者。写文件时，内核会跟踪文件位置并调用write方法进行实际操作，驱动程序负责具体实现。关闭文件则有主动和被动两种情况，主动关闭可能因引用计数不为零而无法立即释放，而进程退出时会自动关闭所有打开的文件。

       理解Linux文件操作的内核机制，对于编写健壮的程序至关重要。编程不仅是代码的堆砌，更是对系统底层原理的掌握。希望这个深入解析能帮助你解答疑惑，后续的系列文章和视频也欢迎查阅，共同提升我们的技术素养。

       附件：

       宏伟精讲系列文章

       宏伟技术：我为什么要在知乎写博客？

       宏伟技术：内核探秘·线程与文件操作

       宏伟技术：理解双堆栈原理

       宏伟技术：Linux popen和system函数详解

Linux内核源码解析---万字解析从设计模式推演per-cpu实现原理

       引子

       在如今的大型服务器中，NUMA架构扮演着关键角色。它允许系统拥有多个物理CPU，不同NUMA节点之间通过QPI通信。虽然硬件连接细节在此不作深入讨论，但需明白每个CPU优先访问本节点内存，当本地内存不足时，可向其他节点申请。从传统的SMP架构转向NUMA架构，主要是为了解决随着CPU数量增多而带来的总线压力问题。

       分配物理内存时，numa_node_id() 方法用于查询当前CPU所在的NUMA节点。频繁的内存申请操作促使Linux内核采用per-cpu实现，将CPU访问的变量复制到每个CPU中，以减少缓存行竞争和False Sharing，类似于Java中的Thread Local。

       分配物理页

       尽管我们不必关注底层实现，buddy system负责分配物理页，关键在于使用了numa_node_id方法。接下来，我们将深入探索整个Linux内核的per-cpu体系。

       numa_node_id源码分析获取数据

       在topology.h中，我们发现使用了raw_cpu_read函数，传入了numa_node参数。接下来，我们来了解numa_node的定义。

       在topology.h中定义了numa_node。我们继续跟踪DECLARE_PER_CPU_SECTION的定义，最终揭示numa_node是一个共享全局变量，类型为int，存储在.data..percpu段中。

       在percpu-defs.h中，numa_node被放置在ELF文件的.data..percpu段中，这些段在运行阶段即为段。接下来，我们返回raw_cpu_read方法。

       在percpu-defs.h中，我们继续跟进__pcpu_size_call_return方法，此方法根据per-cpu变量的大小生成回调函数。对于numa_node的int类型，最终拼接得到的是raw_cpu_read_4方法。

       在percpu.h中，调用了一般的read方法。在percpu.h中，获取numa_node的绝对地址，并通过raw_cpu_ptr方法。

       在percpu-defs.h中，我们略过验证指针的环节，追踪arch_raw_cpu_ptr方法。接下来，我们来看x架构的实现。

       在percpu.h中，使用汇编获取this_cpu_off的地址，代表此CPU内存副本到".data..percpu"的偏移量。加上numa_node相对于原始内存副本的偏移量，最终通过解引用获得真正内存地址内的值。

       对于其他架构，实现方式相似，通过获取自己CPU的偏移量，最终通过相对偏移得到pcp变量的地址。

       放入数据

       讨论Linux内核启动过程时，我们不得不关注per-cpu的值是如何被放入的。

       在main.c中，我们以x实现为例进行分析。通过setup_percpu.c文件中的代码，我们将node值赋给每个CPU的numa_node地址处。具体计算方法通过early_cpu_to_node实现，此处不作展开。

       在percpu-defs.h中，我们来看看如何获取每个CPU的numa_node地址，最终还是通过简单的偏移获取。需要注意如何获取每个CPU的副本偏移地址。

       在percpu.h中，我们发现一个关键数组__per_cpu_offset，其中保存了每个CPU副本的偏移值，通过CPU的索引来查找。

       接下来，我们来设计PER CPU模块。

       设计一个全面的PER CPU架构，它支持UMA或NUMA架构。我们设计了一个包含NUMA节点的结构体，内部管理所有CPU。为每个CPU创建副本，其中存储所有per-cpu变量。静态数据在编译时放入原始数据段，动态数据在运行时生成。

       最后，我们回到setup_per_cpu_areas方法的分析。在setup_percpu.c中，我们详细探讨了关键方法pcpu_embed_first_chunk。此方法管理group、unit、静态、保留、动态区域。

       通过percpu.c中的关键变量__per_cpu_load和vmlinux.lds.S的链接脚本，我们了解了per-cpu加载时的地址符号。PERCPU_INPUT宏定义了静态原始数据的起始和结束符号。

       接下来，我们关注如何分配per-cpu元数据信息pcpu_alloc_info。percpu.c中的方法执行后，元数据分配如下图所示。

       接着，我们分析pcpu_alloc_alloc_info的方法，完成元数据分配。

       在pcpu_setup_first_chunk方法中，我们看到分配的smap和dmap在后期将通过slab再次分配。

       在main.c的mm_init中，我们关注重点区域，完成map数组的slab分配。

       至此，我们探讨了Linux内核中per-cpu实现的原理，从设计到源码分析，全面展现了这一关键机制在现代服务器架构中的作用。

剖析Linux内核源码解读之《实现fork研究(二)》

       本文深入剖析了Linux内核源码中fork实现的核心过程，重点在于copy_process函数的解析。在Linux系统中，应用层可以通过fork创建子进程或子线程，而内核并不区分两者，它们共享相同的task_struct结构，用于描述进程或线程的状态、资源等。task_struct包含了进程或线程所有关键数据结构，如内存描述符、文件描述符、信号处理等，是内核调度程序识别和管理进程的重要依据。

       copy_process作为fork实现的关键，其主要任务是初始化task_struct结构，分配新进程的PID，并将其加入到运行队列。这个过程中，内核栈的初始化导致了fork()调用的两次返回值不同，这与copy_thread函数中父进程复制内核栈至子进程并清零寄存器值有关。这样，子进程返回0，而父进程继续执行copy_thread后续操作，最后返回子进程的PID。

       对于线程的独有和共享资源，独有资源通常包括线程特定的数据结构和状态，而共享资源则涉及父进程与线程间的共享内存、文件描述符和信号处理等。这些资源的管理对于多线程程序的正确运行至关重要，需确保线程间资源的互斥访问和安全共享。

linuxkernel是linux内核,这到底是什么?

       Linux内核是Linux操作系统的核心部分，负责管理硬件资源并为应用程序提供接口。其主要功能包括管理硬件设备，供应用程序使用。Linux内核由五大核心部分组成：进程调度器、内存管理器、虚拟文件系统、网络接口层和驱动程序。

       进程调度器是内核中最重要的一部分，负责控制CPU的访问，包括用户进程和其他内核子系统的访问。内存管理器子系统负责控制硬件内存资源的进程访问，通过硬件内存管理系统提供进程内存引用与物理内存之间的映射。虚拟文件系统提供存储在硬件设备上数据的一致视图，允许系统管理员在任何物理设备上安装逻辑文件系统。网络接口层允许系统通过网络连接到其他系统，支持多种硬件设备和网络协议。

       内核架构中，数据结构是关键，内存管理器主要由物理地址到虚拟地址映射、详细信息存储、权限和记账信息等组成。数据流、控制流和依赖关系在内存管理器中体现，内核与硬件、文件系统之间存在双向数据和控制流，而用户进程与内存管理器之间存在控制流。

       内核源代码目录结构清晰，包括三个主要部分：内核源代码、配置工具和编译安装脚本。配置选项丰富，支持交互式或菜单式配置。内核编译流程包括内核和模块编译、模块安装和打包。安装步骤涵盖内核映像、模块文件、启动配置文件的复制和修改。

       驱动开发是理解Linux内核的关键，文件名与设备号在设备管理中起着至关重要的作用。Linux内核源码提供驱动链表管理所有设备的驱动，驱动开发包括open函数实现上层到底层硬件的详细过程。shell（壳）作为命令解释器，负责解析用户命令并将其转换为内核指令执行。shell脚本是可编程文本，用于自动化任务和编写复杂脚本。

Linux内核源码解析---cgroup实现之整体架构与初始化

       cgroup在年由Google工程师开发，于年被融入Linux 2.6.内核。它旨在管理不同进程组，监控一组进程的行为和资源分配，是Docker和Kubernetes的基石，同时也被高版本内核中的LXC技术所使用。本文基于最早融入内核中的代码进行深入分析。

       理解cgroup的核心，首先需要掌握其内部的常用术语，如子系统、层级、cgroupfs_root、cgroup、css_set、cgroup_subsys_state、cg_cgroup_link等。子系统负责控制不同进程的行为，例如CPU子系统可以控制一组进程在CPU上执行的时间占比。层级在内核中表示为cgroupfs_root，一个层级控制一批进程，层级内部绑定一个或多个子系统，每个进程只能在一个层级中存在，但一个进程可以被多个层级管理。cgroup以树形结构组织，每一棵树对应一个层级，层级内部可以关联一个或多个子系统。

       每个层级内部包含的节点代表一个cgroup，进程结构体内部包含一个css_set，用于找到控制该进程的所有cgroup，多个进程可以共用一个css_set。cgroup_subsys_state用于保存一系列子系统，数组中的每一个元素都是cgroup_subsys_state。cg_cgroup_link收集不同层级的cgroup和css_set，通过该结构可以找到与之关联的进程。

       了解了这些概念后，可以进一步探索cgroup内部用于结构转换的函数，如task_subsys_state、find_existing_css_set等，这些函数帮助理解cgroup的内部运作。此外，cgroup_init_early和cgroup_init函数是初始化cgroup的关键步骤，它们负责初始化rootnode和子系统的数组，为cgroup的使用做准备。

       最后，需要明确Linux内一切皆文件，cgroup基于VFS实现。内核启动时进行初始化，以确保系统能够正确管理进程资源。cgroup的初始化过程分为早期初始化和常规初始化，其中早期初始化用于准备cpuset和CPU子系统，确保它们在系统运行时能够正常工作。通过这些步骤，我们可以深入理解cgroup如何在Linux内核中实现资源管理和进程控制。